超声辅助激光熔覆SiO2掺杂Ni3Al复合涂层的微观结构细化机制与高温摩擦学性能提升

《Surface and Coatings Technology》：Ultrasonic-assisted laser cladding of SiO 2-doped Ni 3Al composite coatings: Mechanisms of microstructure refinement and high-temperature tribological enhancement

本文推荐：研究通过超声振动辅助激光熔覆（UV-LC）技术制备SiO2掺杂（0-20 wt%）Ni3Al基复合涂层，系统阐明了SiO2对微观结构细化（平均晶粒减少2.1 μm）和高温摩擦性能（摩擦系数降低32.4%）的协同增强机制。优化组（15 wt% SiO2）形成原位氧化铝/氧化铜纳米复合润滑膜，显著提升涂层在热-力耦合条件下的耐磨性（磨损率降至2.75×10?5 mm3/N·m）。

　　

Highlight

本研究采用超声振动辅助激光熔覆技术，在碳钢基体上制备了SiO₂掺杂（0-20 wt%）的Ni₃Al基复合涂层。通过多尺度表征发现，加工过程中形成的二氧化硅液相能有效填充孔隙，同时作为异质形核点细化晶粒结构（平均减少2.1 μm）并缓解元素偏析，从而提升涂层致密性。

Macroscopic morphology

图2显示超声辅助制备的涂层宏观形貌：未添加SiO₂的对照组存在孔洞甚至贯穿性缺陷（图2a），而添加SiO₂后涂层表面显著平整（图2b-c）。这种改善源于SiO₂熔融液相对空隙的动态填充效应，以及超声波空化作用促进的熔池对流。

Conclusions

关键结论如下：

1. 1.

   SiO₂的适量添加使涂层表面孔隙率降低88%，粗糙度优化42%；

2. 2.

   15 wt% SiO₂组在高温摩擦中形成原位纳米氧化膜（Al₂O₃/CuO），摩擦系数降低至0.19；

3. 3.

   超声空化效应使晶界强化相分布均匀化，硬度提升至440 HV。